云計算平臺下智能車輛管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計

摘要：針對目前汽車的保有量的急速增加，與汽車有關(guān)的數(shù)據(jù)也是海量的，由此給社會和企業(yè)帶來了一個車輛管理難的問題，本文利用現(xiàn)有的基于互聯(lián)網(wǎng)的以數(shù)據(jù)為中心的新型超級計算模式云計算平臺，重點研究云計算平臺下數(shù)據(jù)挖掘的理論和技術(shù)，設(shè)計了云計算平臺和數(shù)據(jù)挖掘平臺的接口及PC機(jī)或者智能終端與系統(tǒng)的接口并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了一個基于云計算的智能車輛管理系統(tǒng)。實驗證明，該系統(tǒng)可以對客戶數(shù)據(jù)及車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類后，而便于對車輛及客戶進(jìn)行管理，實現(xiàn)智能社會，從而降低企業(yè)開支，提高企業(yè)效益。

關(guān)鍵詞：云計算平臺智能車輛管理系統(tǒng)

1 概述

近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車消費高速增長，汽車保有量也越來越大，由此給社會和企業(yè)帶來了一個車輛管理難的問題，隨著車輛檔案、車輛維修等資料的增加，也增加管理人員勞動強(qiáng)度，對車輛的費用的匯總、分類的要求矛盾日漸突出。本文介紹的是一個基于云計算平臺下數(shù)據(jù)挖掘的車輛管理系統(tǒng)，以規(guī)范對車輛信息的管理，提高企業(yè)的辦事效率，為今后的智能社會提供一定參考價值。重點研究在海量的數(shù)據(jù)中的提取用戶所需的有用信息，其關(guān)鍵技術(shù)是選擇數(shù)據(jù)挖掘及其計算平臺。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 模型

系統(tǒng)的架構(gòu)主要分為三部分：一是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序，二是數(shù)據(jù)挖掘平臺層，三是云計算平臺層。云計算平臺層主要是構(gòu)建實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、計算等功能，是為數(shù)據(jù)挖掘平臺提供基礎(chǔ)服務(wù)的。數(shù)據(jù)挖掘平臺層是一個連接層，主要處理數(shù)據(jù)挖掘的部分的，與數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序?qū)舆M(jìn)行信息的溝通，為云計算平臺的提供接口。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序?qū)邮敲嫦驍?shù)據(jù)庫程序的開發(fā)者的，開發(fā)用戶程序可以從中獲得需要的接口，還可以調(diào)用下層數(shù)據(jù)挖掘平臺層的接口，將數(shù)據(jù)挖掘?qū)铀璧馁Y源傳送過去。

系統(tǒng)使用簡單易操作，因為用戶只需根據(jù)界面操作，而不用去管目標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)計和運行，只需把需要的信息在程序中表示，則系統(tǒng)會自動的顯示結(jié)果。程序開發(fā)人員也通過調(diào)用系統(tǒng)中的各種接口，就能開發(fā)出新的程序，同時開發(fā)的程序還移植到別的平臺。

2.2 云計算平臺層

云計算平臺主要包括三層結(jié)構(gòu): 計算云、數(shù)據(jù)云、存儲云。計算云提供計算服務(wù)，數(shù)據(jù)云提供數(shù)據(jù)管理服務(wù)，存儲云主要提供存儲服務(wù)。

2.3 數(shù)據(jù)挖掘平臺層

數(shù)據(jù)挖掘平臺層由5個模塊組成，分別為工作流模塊，數(shù)據(jù)裝載模塊，ETL模塊，數(shù)據(jù)挖掘算法模塊和結(jié)果顯示模塊。工作流模塊實現(xiàn)對各個數(shù)據(jù)挖掘步驟及模塊總控、調(diào)度功能；數(shù)據(jù)裝載模塊將源數(shù)據(jù)從智能用戶終端載入云計算平臺的DFS系統(tǒng)；挖掘所需的源數(shù)據(jù)則經(jīng)過并行ETL模塊進(jìn)行預(yù)處理，并向云計算平臺提交待執(zhí)行的任務(wù)，云計算平臺執(zhí)行后并反饋結(jié)果，存放于DFS；數(shù)據(jù)挖掘算法模塊實現(xiàn)向云計算平臺提供挖掘需要的數(shù)據(jù)挖掘算法任務(wù)，由云計算平臺執(zhí)行并反饋結(jié)果，存放于DFS；結(jié)果顯示模塊則顯示用戶數(shù)據(jù)挖掘算法的結(jié)果。

2.4 應(yīng)用程序平臺層

應(yīng)用程序平臺層是用戶編寫應(yīng)用程序時要用到的層，主要包括的模塊有視圖模塊、內(nèi)容提供模塊、資源管理模塊和算法庫中的API。視圖模塊非常豐富而且可以擴(kuò)展，它包括建立應(yīng)用程序的基本組件，主要有內(nèi)嵌的WEB瀏覽器、及數(shù)據(jù)庫開發(fā)的控件。內(nèi)容提供模塊主要功能是應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)提供和共享，即應(yīng)用程序可以訪問其他應(yīng)用程序中的數(shù)據(jù)，或者是共享應(yīng)用程序自身的數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序需要的各種非程序代碼則存儲在資源管理模塊。算法庫中的API則提供算法。

3 系統(tǒng)的核心設(shè)計

3.1 系統(tǒng)中數(shù)據(jù)挖掘流程

首先終端用戶在人機(jī)交互界面上選擇要挖掘的數(shù)據(jù)，然后選擇要挖掘的算法，輸入相關(guān)的參數(shù)，接著要導(dǎo)入工作流文件，最后運行挖掘。數(shù)據(jù)挖掘的整個過程都是系統(tǒng)在內(nèi)部進(jìn)行的，用戶只需要在系統(tǒng)運行之前設(shè)置系統(tǒng)運行的條件。最后系統(tǒng)將向用戶顯示結(jié)果，如用戶對結(jié)果滿意則退出系統(tǒng)，如不滿意則可以繼續(xù)設(shè)置來進(jìn)行新的挖掘。

3.2 系統(tǒng)功能模塊

①車輛行程和用油記錄表

統(tǒng)計各車輛的行程和用油信息，通過這些信息分析出該車輛百公里的平均油耗。

②車輛安全檢查及整改記錄表

記錄車輛的安全狀況等信息，如果出現(xiàn)問題則提出整改措施，最終由車管員確認(rèn)。

③駕駛員車輛使用日記表

該表與“工作流”模塊中的“機(jī)動車輛派車”關(guān)聯(lián)，主要用于記錄使用的一些信息。

④車輛日常檢查

每天對車輛外觀和安全狀況等車輛信息做一個登記，便于車管員及時掌握車輛狀況。

⑤車輛產(chǎn)權(quán)登記

登記機(jī)動車的檔案信息。

⑥車輛管理登記

登記機(jī)動車出產(chǎn)時的檔案信息。

⑦GPS管理系統(tǒng)

GPS系統(tǒng)是GPS車輛管理系統(tǒng)用來確定車輛位置的手段。車載設(shè)備接收來自GPS衛(wèi)星的信號，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，獲得車輛的實時經(jīng)度、緯度位置數(shù)據(jù)，然后通過通信技術(shù)，把信息發(fā)送到服務(wù)器，讓車管員及時了解車輛的地理信息。

⑧系統(tǒng)日志

系統(tǒng)日志分為：日志概況、年度數(shù)據(jù)、時段統(tǒng)計、日志管理這四個模塊。

⑨部門管理

管理每個部門的子與父的關(guān)系，這影響到車輛、駕駛員歸屬單位。

⑩角色管理

角色權(quán)限的設(shè)計采用的是RBAC（基于角色的訪問控制），在RBAC中，權(quán)限與角色相關(guān)聯(lián)，用戶通過成為適當(dāng)角色的成員而得到這些角色的權(quán)限。這就極大地簡化了權(quán)限的管理。在一個組織中，角色是為了完成各種工作而創(chuàng)造，用戶則依據(jù)它的責(zé)任和資格來被指派相應(yīng)的角色，用戶可以很容易地從一個角色被指派到另一個角色。角色可依新的需求和系統(tǒng)的合并而賦予新的權(quán)限，而權(quán)限也可根據(jù)需要而從某角色中回收。

■用戶管理

用戶管理：對車輛使用用戶進(jìn)行管理。

■機(jī)動車輛派車

a申請車輛：是由擁有相應(yīng)權(quán)限的申請人按照填寫規(guī)則填寫。

b待批申請：指擁有審批權(quán)限的用戶審批申請人的申請表，審批人為分：部門領(lǐng)導(dǎo)、車管部門、領(lǐng)導(dǎo)審批這幾個權(quán)限。

c已準(zhǔn)申請：顯示分別是②的部門領(lǐng)導(dǎo)、車管部門、領(lǐng)導(dǎo)審批這幾個權(quán)限審批后的列表。

■車輛維修申請

a是由擁有權(quán)限相應(yīng)的申請人按照填寫規(guī)則填寫。

b待批申請：指擁有審批權(quán)限的用戶審批申請人的申請表，審批人分別按：車管員審核、部門領(lǐng)導(dǎo)、車管部門、領(lǐng)導(dǎo)審批這幾個權(quán)限順序?qū)徟?/p>

c已準(zhǔn)申請：顯示分別是b的車管員審核、部門領(lǐng)導(dǎo)、車管部門、領(lǐng)導(dǎo)審批這幾個權(quán)限審批后的列表。

■車牌號預(yù)警

車牌號預(yù)警模塊有兩個功能：一是提前警示將要過期的車牌號，二是警示某車牌有違章記錄。

■車輛營運證預(yù)警

車輛營運證預(yù)警可以通過設(shè)置車牌號的到期時間能提前N天提前車管員去辦理將要過期的車牌號。

3.3 數(shù)據(jù)挖掘平臺

本文通過任務(wù)序列包和數(shù)據(jù)存儲包實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘平臺和云計算的接口。任務(wù)序列包則是實現(xiàn)的是控制的各個任務(wù)在云計算平臺下進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘時所需要的操作。數(shù)據(jù)存儲包實現(xiàn)的是數(shù)據(jù)在云計算平臺中進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲的操作。

3.3.1 任務(wù)序列包

線程安全才能保證接口的實現(xiàn)。序列是基于事務(wù)的，程序中存在一個數(shù)據(jù)存儲事務(wù)，若數(shù)據(jù)存儲事務(wù)成功的結(jié)束，則該任務(wù)被增加到序列中，調(diào)用方法add() 或add(TaskOptions)。

3.3.2 數(shù)據(jù)存儲包

數(shù)據(jù)挖掘中的數(shù)據(jù)都是存儲在云計算平臺上，它直接被使用或通過JPA 或JDO接口來調(diào)用。同時為防止故障還要進(jìn)行多余的存儲。

DatastoreService接口來控制存儲，存儲的單位是通過KeyFactory來創(chuàng)建主鍵值的實體。實體屬性的值是基本類型或基本類型的集合。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)實現(xiàn)的是用K-means算法來對用戶進(jìn)行細(xì)分，所用的數(shù)據(jù)是采集的某單位車輛主鍵用戶的使用記錄。數(shù)據(jù)主要有車輛行程和用油記錄表、車輛安全檢查及整改記錄表、駕駛員車輛使用日記表、車輛日常檢查、車輛產(chǎn)權(quán)登記、車輛管理登記、GPS管理系統(tǒng)、系統(tǒng)日志。

用戶通過在后臺登陸后，輸入數(shù)據(jù)集，選擇數(shù)據(jù)挖掘算法及參數(shù)的設(shè)置，當(dāng)工作流文件工作完成后就可以實現(xiàn)具體的數(shù)據(jù)挖掘。

4.1 數(shù)據(jù)操作的實現(xiàn)

當(dāng)用戶消費記錄數(shù)據(jù)的在云計算平臺上的存儲后，在數(shù)據(jù)挖掘的過程中要對存儲的數(shù)據(jù)實現(xiàn)多種操作以取得挖掘的結(jié)果，其中對數(shù)據(jù)的查詢的實現(xiàn)如下:

//數(shù)據(jù)存儲自身的處理

DatastoreService dstore=DatastoreServiceFactory.getDatastoreService()。

//通過設(shè)定的鍵名字來查找數(shù)據(jù)

Entity userEntity=dstore.get(KeyFactory.createKey(\"ChInfo\"，cthf))。

//執(zhí)行一個查詢

Query quy=new Query(\"15000\"，userEntity)。

quy.addFilter(\"dueDate\"，Query.FilterOperator.LESSesTHAN，today)。

以上實現(xiàn)的是用戶記錄中車輛行駛超過15000公里以上的數(shù)據(jù)記錄，這是在分類中所需要用到的。其他相關(guān)數(shù)據(jù)操作的代碼實現(xiàn)可參照上面的代碼。

4.2 數(shù)據(jù)挖掘過程的實現(xiàn)

這里講的是智能終端用戶中數(shù)據(jù)挖掘過程的實現(xiàn)，本系統(tǒng)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘的過程主要有三個關(guān)鍵部分，一是實現(xiàn)前臺挖掘過程控制的Activity類，二是實現(xiàn)后臺數(shù)據(jù)挖掘?qū)嶋H進(jìn)行的Service類，三是要實現(xiàn)這兩個類的交互來實現(xiàn)挖掘過程的一步一步的進(jìn)行。在這里以數(shù)據(jù)挖掘中數(shù)據(jù)的ETL的執(zhí)行為例。數(shù)據(jù)挖掘算法采用K-Means算法。

首先要實現(xiàn)的是Activity類，然后實現(xiàn)兩個類的交互，即當(dāng)在界面上通過Activity類開始ETL這一步驟后，由Service類在后臺執(zhí)行這個步驟，而PC機(jī)或者智能終端用戶界面可以做其他的工作。

4.3 實驗結(jié)果及解釋

由表中可以看到，駕齡小的，車輛維修費都是比較高的(即使車齡小、路況好)；駕齡大的，車輛維修費都是比較低的(即使車齡大、路況差)。

由此可以看出，對客戶數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類后，具有相似特征的客戶可以分為一類，不同的類代表不同特點的駕駛員。這樣可以看清楚各類駕駛員的風(fēng)格，而便于在今后聘請駕駛員時提供更好的決策，從而降低企業(yè)開支，提高企業(yè)效益。

5 結(jié)論

本文設(shè)計了適合于PC機(jī)或者智能終端的云計算平臺下的數(shù)據(jù)挖掘平臺，并設(shè)計了該平臺的架構(gòu)和基本操作流程，主要實現(xiàn)了云計算平臺和數(shù)據(jù)挖掘平臺的接口及PC機(jī)或者智能終端與目標(biāo)系統(tǒng)的接口。并在云計算平臺的基礎(chǔ)上擴(kuò)展實現(xiàn)了本文設(shè)計的云計算，又通過實現(xiàn)K-means算法的相關(guān)實驗來驗證了該目標(biāo)系統(tǒng)的架構(gòu)和基本操作流程，并說明了目標(biāo)系統(tǒng)的可行性及高效性。

本文只是采用了一種算法，將來會繼續(xù)完善相應(yīng)的功能，從而能提供更多的開放接口來實現(xiàn)共享。例如一個交警在路上看到某個車牌號的車，就能知道有關(guān)車輛的一切情況，包括正在駕駛的人員情況。再如單位領(lǐng)導(dǎo)，通過系統(tǒng)，就可以知道某輛車的一切情況。或者通過系統(tǒng)也可以查到某個駕駛員曾經(jīng)使用過的車輛情況。

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